一种流式细胞仪分选展示模拟系统及其控制方法与流程

本发明涉及医疗诊断教学领域，尤其涉及基于msp430微控制器的流式细胞仪分选原理展示与模拟操作训练系统。

背景技术

目前，对于流式细胞仪分选的教学方法设计，人们更多的关注于开展尽可能多的实验课，让同学们有更多的机会接触流式细胞仪分选的相关检验仪器，同时，优化教学方式，运用图片、视频等方法使课堂理论教学变得更加形象生动。但由于检验医疗仪器价格昂贵，操作复杂，学生很少有机会能够亲身操作，与此同时，由于细胞属于微小生物，肉眼不能直接观察到细胞分选的过程，这就导致学生在学习时缺乏感性地认识，使得检验教学任务变得愈发困难。目前各大高校或机构对于检验仪器教学方面，始终采用原型机讲解，这极大地约束了检验教育事业的发展。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是实现一种通过简单器材制作的白细胞分选过程展示模拟系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种流式细胞仪分选展示模拟系统，系统设有倾斜设置的透明管，所述透明管的管壁上设有安装孔，所述安装孔内设有由电动机构控制可伸入或退出透明管的档杆，所述档杆上部的透明管内存有多个模拟球，所述模拟球为不同颜色的透光球体，所述档杆下部的透明管外设有辨识所经过模拟球颜色的颜色分辨机构，所述颜色分辨机构输出信号至控制器，所述透明管的出口处下方设有旋转柱，所述旋转柱由电动机构驱动旋转，选球滑道一端固定在所述旋转柱上，另一端的下方设有用于收纳模拟球的容器，所述容器设有多个且分别位于选球滑道末端的不同偏转位置的下方，所述控制器输出驱动信号至档杆和旋转柱的电动机构。

所述颜色分辨机构包括设置在透明管一侧的光源，以及设置在透明管另一侧接收光信号的导光管，所述导光管由多束光导纤维组成，每束所述导纤维末端通过滤波片将光传导至一个光敏传感器模块的光敏电阻上，所述光敏传感器模块输出信号至控制器。

所述光源和导光管分别位于透明管的上部和下部，所述透明管设有颜色分辨机构的底部设有用于停止模拟球的定位孔。

所述透明管的出口处设有感应是否有模拟球滚出的感应器，所述感应器输出信号至控制器。

所述档杆的电动机构包括放球电机、拉线和弹簧，所述拉线绕在放球电机的输出轴上，所述弹簧套在档杆外，所述弹簧一端固定在档杆伸入到透明管内的一端，所述档杆另一端与拉线连接，所述弹簧另一端固定在透明管外的支撑结构上。

所述旋转柱的电动机构包括固定在旋转柱和选球电机输出轴上的皮带轮，两个所述皮带轮通过同步带连接。

所述模拟球有五种颜色，所述容器设有五个，所述导光管由四束光导纤维组成。

所述控制器的信号输出端连接通信模块，所述通信模块通过无线信号与手机或电脑通信。

基于流式细胞仪分选展示模拟系统的控制方法：

1)准备工作：在透明管存放模拟球，并在定位孔上放置一个无色模拟球；

2)档杆下降之间再上升，使一个模拟球下滑并撞击无色模拟球后停止在定位孔；

3)颜色分辨机构识别当前停止在定位孔上模拟球的颜色，并输出信号至控制器；

4)当控制器接收到感应器有模拟球滚出的信号后，控制器根据当前定位孔上模拟球的颜色，将选球滑道旋转至设定容器上方，之后返回2)；若设定时间内感应器未感应到有模拟球滚出，则关闭系统。

基于流式细胞仪分选展示模拟系统的操作方法：

1)通过id登陆系统；

2)用户输入患者信息；

3)完成基于流式细胞仪分选展示模拟系统的准备工作后，启动系统；

4)基于流式细胞仪分选展示模拟系统将分选数据显示和保存；

5)用户填写诊断书；

6)提交所填写的诊断书后，显示预存的病灶专家诊断信息数据库中对应病灶的专家诊断；

7)将分选数据、用户填写诊断书、专家诊断构成电子作业。

本发明具有以下有益效果：

1、取代传统应用原型机教学的方法，大大降低了教学成本，便于检验教学的大范围推广，同时为学生提供了更多的动手实践的机会；

2、将肉眼不能看见的白细胞分选过程用宏观物体取代，让学生能有一个感性的认识，这样会大大减轻检验教学老师的教学任务；

3、由于教学平台的简易，克服了传统原型机因为精密不能随意搬动的困难；

4、建立了仿真的操作软件，复制原型机操作软件的功能，更加方便使用者的操作；

5、本系统除了全真模拟真实检验仪器的操作环境外，实现了典型病例的专家诊断和学生诊断对比，对学生提高诊断能力和书写能力有重要作用。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为流式细胞仪分选展示模拟系统结构示意图；

图2为流式细胞仪分选展示模拟系统工作原理图；

图3为流式细胞仪分选展示模拟系统工作流程图；

图4为流式细胞仪分选展示模拟系统操作流程图；

上述图中的标记均为：1、透明管；2、模拟球；3、放球电机；4、档杆；5、颜色分辨机构；6、定位孔；7、感应器；8、选球滑道；9、旋转柱；10、选球电机；11、容器。

具体实施方式

流式细胞仪分选展示模拟系统，通过简单器材制作一个简易工具来展示细胞分类的原理，系统利用模拟球2替用白细胞，例如使用紫、绿、黄、红、白五种纯色透明的14mm玻璃球代替用不同荧光染料标记的白细胞。

如图1所示，系统设有用于固定各个部件的基座，以及固定在基座上支撑各个部件的支架，透明管1利用支架倾斜固定在基座上，透明管1上端为放球口，底端为出口，模拟球2可以在透明管1内自上而下滚动，最后滚出透明管1的出口。

透明管1的管壁上设有安装孔，安装孔内设有由电动机构控制可伸入或退出透明管1的档杆4，通过档杆4将透明管1划分为两个区域，上部为存放模拟球2的区域，下部为识别模拟球2的区域。启动系统前需要人工放入模拟球2，模拟球2的存放数量可自定义，放入时从透明管1的放球口放入。

档杆4的电动机构包括放球电机3、拉线和弹簧，其中拉线绕在放球电机3的输出轴上，弹簧套在档杆4外，弹簧一端固定在档杆4伸入到透明管1内的一端，档杆4另一端与拉线连接，弹簧另一端固定在透明管1外的支撑结构上，放球电机3优选步进电机，放球电机3和弹簧可以固定在支架上，这样当放球电机3收线时，下拉档杆4则档杆4退出透明管1，模拟球2可以向下滑动至档杆4下方，当放球电机3放线时，在弹簧作用下，拉杆会伸入到透明管1内，再次阻挡模拟球2下滑。

档杆4下部的透明管1外设有辨识所经过模拟球2颜色的颜色分辨机构5，颜色分辨机构5输出信号至控制器，控制器可以选择msp430微控制器，颜色分辨机构5光源、导光管、滤波装置和光电转换装置；光源为一个激光发光器，导光管是四束光导纤维组成，四束光导纤维的一端对齐正对着透明管1的侧壁，用于接收光源透过模拟球2的光信号，光导纤维的另一端分别对着四个滤波片，滤波装置包括lp630、lp580、lp480、sp488，滤波片的一面对着光导纤维的一端，另一面对着光敏电阻，光敏电阻与光导纤维的端口在同一条水平线上，光电转换装置是四路光敏传感器模块，模块通过杜邦线与硬件控制器连接。

当一束白光照射到纯色透明物质后其透射光只含有与该物质颜色相同的光线，利用这个原理颜色分辨机构5能够分选出不同颜色的模拟球2。此外由于模拟球2滚动速度过快，会导致检测误差，所以采用驻停式检测。即透明管1设有颜色分辨机构5的底部设有用于停止模拟球2的定位孔6。预先将无色透明玻璃珠放在定位孔6上，当一个模拟球2下滑时，该模拟球2将当前定位孔6上的无色透明玻璃珠或前一个模拟球2撞飞出去，同时自身驻停在定位块处，光源发出的白光照在模拟球2上，其透射光照射到四束光导纤维再传给四个滤波片，之后通过光敏电阻的光电转换，产生与其颜色相对应的四位二进制代码，并将该代码传送到硬件控制器。

透明管1的出口处设有感应是否有模拟球2滚出的感应器7，所述感应器7输出信号至控制器。感应器7可采用m12激光对射开关，该开光位于检测段的透明管1出口处的两侧。当有模拟球2经过时就会产生一个信号，该信号传送到控制器，同时控制器控制放球电机3牵拉顶针做一次上下运动，释放一个模拟球2。感应即具有触发作用，也能检测模拟球2是否正常通过颜色分辨机构5，避免在透明管1内堵塞。

透明管1的出口处下方设有旋转柱9，旋转柱9通过轴承竖直固定在基座上，旋转柱9由电动机构驱动旋转，控制器输出驱动信号至旋转柱9的电动机构。旋转柱9的电动机构包括固定在旋转柱9和选球电机10输出轴上的皮带轮(同步轮)，两个皮带轮处在同一条水平线上，同时两个皮带轮通过同步带连接，选球电机10同样优选步进电机，这样能够精确的控制转轴柱的旋转角度。

选球滑道8一端固定在旋转柱9顶端，选球滑道8也倾斜固定，选球滑道8的外端低于旋转柱9一端，选球滑道8外端设有用于收纳模拟球2的容器11，容器11的数量根据模拟球2的颜色设定，容器11设有多个且分别位于选球滑道8末端的不同偏转位置的下方。

控制器包括通信模块、数据库单元、数据处理单元、报告生成单元，通信模块通过无线信号与手机或电脑通信。数据库单元存储直方图、散点图、专家诊断信息、用户和病人信息；数据处理单元用于对无线传输单元传送的数据进行处理；报告生成单元用于生成专家诊断报告和学生诊断报告。

如图3所示，基于上述流式细胞仪分选展示模拟系统的控制方法：

1)准备工作：在透明管1存放模拟球2，并在定位孔6上放置一个无色模拟球2；

2)档杆4下降之间再上升，使一个模拟球2下滑并撞击无色模拟球2后停止在定位孔6，每次仅放一个模拟球2下滑；

3)颜色分辨机构5识别当前停止在定位孔6上模拟球2的颜色，并输出信号至控制器；

4)当控制器接收到感应器7有模拟球2滚出的信号后，控制器根据当前定位孔6上模拟球2的颜色，将选球滑道8旋转至设定容器11上方，之后返回2)；若设定时间内感应器7未感应到有模拟球2滚出，则关闭系统。

如图4所示，基于流式细胞仪分选展示模拟系统的操作方法：

1)进行系统登陆页面输入用户名和密码进入软件主界面，若输入信息错误会弹出错误框提示错误。管理员通过用户管理可以看到每个学生进入系统的次数、可以删除和增添学生用户。

2)在软件主界面上点击主按钮区的新病人按钮就可悬浮弹出对应患者信息输入页面，输入新患者信息(如病人id、姓名、性别、年龄等信息)。这些信息之后将会出现在自动生成的诊断报告对应区域。

3)设置参数，点击软件主界面主按钮区的“run”按钮，硬件操作平台便开始工作。当样本架上的样本检测完毕，所记录的数值将会传回到软件控制单元，软件会相应的调出散点图与直方图。

4)选中图像保存区任意一张图片，再点击软件主界面主按钮区的“图像处理”按钮，就可悬浮弹出图像处理页面，页面中出现选中图片，可以对选中的图片进行图像放大或缩小、亮度增强或降低、反色、对比度等简单处理。处理完成并保存后的图片仍回到图像保存区。

5)根据图像保存区病灶图片，受训者可在软件主界面的学生诊断书写区模拟书写“检查所见”、“医生建议”等内容。所写内容将会出现在自动生成的诊断报告对应区域。

6)受训者书写结束点击“确认”按钮后在软件主界面的专家诊断栏中会出现预存的病灶专家诊断信息数据库中对应病灶的专家诊断，所有内容将全出现在自动生成的诊断报告对应区域，供受训者对比两者异同，培养受训者的诊断能力。

7)点击软件主界面主按钮区的“打印报告”按钮，可弹出已自动生成的对应患者的诊断报告。点击此界面中的“下载”按钮，报告可以word的形式下载到电脑桌面，供学生提交电子作业。

学生通过登录界面进入软件，设置检测项目后点击开始，软件便将该命令信息通过wifi传送到硬件平台，然后进入检测数据接收的过程，硬件平台结束工作，将所测得的信息通过wifi传回到手机软件中，软件开始执行下一步操作。软件调出散点图后，学生根据自己所学的知识判断样本中各成分是否正常。学生提交诊断结果后，程序会自动弹出专家诊断，学生根据专家诊断来判断自己诊断是否正确。根据学生或者老师的需要，可以将自己的诊断结果与专家诊断的对比数据保存起来。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。